Recherche des transitions résonantes entre les états quantiques du neutron dans le champ de gravitation – GRANIT

Récemment nous avons montré que les neutrons ultra-froids (UCN) sont un outil unique pour l'étude des états quantiques de la matière qui apparaissent dans le champ gravitationnel. Nous avons observé de tels états dans une expérience pionnière où le caractère quantique de la dépendance du flux de neutrons entre un miroir horizontal et un absorbeur a été mesuré en fonction de la distance miroir-absorbeur. - - L'objectif de ce nouveau projet est de concevoir et de construire un spectromètre gravitationnel à neutron d'ultra haute résolution en énergie de seconde génération. Ce nouveau spectromètre permettra non seulement de maintenir des UCN sur les états quantiques dans le champ gravitationnel pendant des durées de plusieurs secondes, mais encore d'observer les transitions résonantes entre ces états. Notre intention est d'effectuer, pour la première fois au monde, la mesure directe de l'énergie de ces états quantiques. Ce spectromètre sera en outre un outil unique pour un large éventail d'études en physique des particules et des interactions fondamentales (charge du neutron, forces à courte portée dépendant ou non du spin, ...), des fondements de la mécanique quantique (perte de cohérence quantique), en physique du solide ainsi que dans le domaine des techniques expérimentales et de leurs possibles applications technologiques. - - La méthodologie expérimentale proposée est la suivante : - 1) Optimiser les conditions qui permettent de maintenir les UCN dans les états quantiques pendant de longues durées. Ce but sera atteint en utilisant un piège à neutrons qui fonctionne sur le principe de l'accumulation et dont le fond horizontal et les parois verticales sont constitués de miroirs présentant une qualité de surface optimale en termes de propreté, de pureté chimique, de rugosité, de planéité, ainsi que de netteté des angles et arêtes. Il est également essentiel de contrôler l'inclinaison et les vibrations de l'installation, de même que les gradients de champ magnétique. - 2) Mesurer précisément la population des états quantiques. - 3) Induire des transitions résonantes contrôlables et ajustables entre différents états en appliquant des perturbations périodiques de fréquence connue (forces électromagnétique, nucléaire, gravitationnelle ou des combinaisons d'entre elles). - 4) Mesurer précisément les populations résultantes qui renseignent sur les probabilités de transition. -